頁巖氣儲量計算的新方法

石曉兵 楊火海 范翔宇 黃兵

1.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·西南石油大學

2.西南石油大學石油工程學院 3.中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工藝技術研究院

頁巖氣儲量計算的新方法

石曉兵1楊火海2范翔宇2黃兵3

1.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·西南石油大學

2.西南石油大學石油工程學院 3.中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工藝技術研究院

分析以有的成果和文獻后認為，傳統方法計算出的頁巖氣儲量存在被無意識擴大的可能。為此，考慮頁巖儲層孔隙尺寸對頁巖氣地質儲量的影響，根據頁巖氣物理特性和地球化學特性提出了一種基于孔隙尺寸計算頁巖氣地質儲量的新模型，使頁巖氣地質儲量的計算精度較傳統方法提高了20%。實例計算結果表明：①在孔隙半徑為2 nm時，頁巖氣地質儲量達到最大峰值，當孔隙半徑大于6 nm后，頁巖氣儲量不隨孔隙半徑的增加而增加；②儲量計算模型的建立和修正十分必要，沒有任何兩個地方的頁巖氣儲量模型是完全一樣的，因此很有必要建立一個國內頁巖氣儲量計算的數據庫。

頁巖氣 儲量 計算 常規模型 精度 吸附相 修正 數據庫

1 國內外頁巖氣資源概況

全球范圍內頁巖氣資源量為456×1012m3，基本相當于煤層氣與致密砂巖氣資源量的總和，占3種非常規天然氣總資源量的50%左右。我國南方海相地層發育區具有優越的頁巖氣成藏地質條件和豐富的頁巖氣資源，古生界發育震旦系、寒武系、志留系等多套海相黑色硅質頁巖建造，分布穩定，埋藏深度淺，有機質豐度高，在盆地內部、向斜區以及隆起的低部位等有利于頁巖氣藏的形成與富集。2005年以來，中國石油對四川盆地南部下寒武統筇竹寺組頁巖氣資源量做了初步估算，認為其頁巖氣資源量為7.14×1012～14.6 ×1012m3，而整個四川盆地現有常規天然氣資源量為7.2×1012m3，表明我國頁巖氣資源量巨大［1］。

2 頁巖氣儲量計算新方法研究

2.1 常規儲量計算方法

利用常規孔隙體積模型進行頁巖氣儲量計算的一般公式為：

筆者認為：利用傳統方法計算出的頁巖氣儲量被無意識地擴大。筆者基于孔隙尺寸對頁巖氣儲量計算方法進行了修正和改進，推導出更適用于頁巖氣儲量計算的新方法。

2.2 巖氣儲量計算新方法

把頁巖氣總孔隙體積分成吸附氣體體積、自由氣體體積和孤立的孔隙體積（圖1），在考慮吸附氣體積的基礎上提出了用于計算頁巖氣中自由氣儲量的新方法。即

2.3 孔隙體積的吸附相校正

新方法中考慮到了吸附氣體體積（圖2），筆者通過最初和最終壓力步驟方程對其進行校正。即

在等溫分析過程中，孔隙體積在后續的每個壓力步驟中進一步減小。根據吸附氣的摩爾分數使用吉布斯等溫線（Gibbs）來確定。

利用狀態方程將Gibbs等溫線轉化為孔隙體積，然后用Gibbs修正系數（ρf／ρs）對孔隙體積進行調整。即

圖3 Gibbs校正下的甲烷等溫線圖

圖3給出了有體積校正與無體積校正情況下的等溫線曲線圖。從圖3中可以看出：隨著壓力的增加，有體積校正與無體積校正的儲氣能力誤差明顯增大，最大誤差為38.46%。因而，在當前儲層溫度和壓力條件下進行孔隙體積吸附相的校正顯得十分必要。

孔隙體積還與頁巖的細顆粒、基質總有機質有很大關系，圖4給出了總有機碳含量與含氣量的關系。

3 實例計算與分析

筆者通過兩種不同儲層特征的頁巖氣藏對頁巖氣儲量計算新模型進行了實例分析（表1）。

表1 相關計算參數表

圖5給出了A、B兩種頁巖的地質儲量計算結果。結果表明：新模型計算的頁巖A的自由氣和總吸附氣能力分別下降了17.7%和13.2%；頁巖B的自由氣和總吸附氣能力分別下降了37.8%和21.9%。

圖6、7、8分別給出了孔隙度、地層壓力和含水飽和度對地頁巖氣質儲量的影響結果。從圖可知，利用傳統方法計算出的頁巖氣儲量均大于利用改進后的新方法計算出的頁巖氣儲量。當孔隙度為6%時，傳統方法與新方法計算得到的頁巖氣儲量誤差為20.23%；當地層壓力為27.5 MPa時，傳統方法與新方法計算得到的頁巖氣儲量誤差為15.07%；當含水飽和度為35%時，傳統方法與新方法計算得到的頁巖氣儲量誤差為19.35%。

圖5 A、B兩種頁巖的頁巖氣地質儲量圖

圖6 孔隙度對兩種計算方法的影響圖

圖7 地層壓力對兩種計算方法的影響圖

圖8 含水飽和度對兩種計算方法的影響圖

圖9給出了孔隙半徑對頁巖氣儲量的影響結果。從圖9中可以看出：在孔隙半徑為2 nm時，頁巖氣地質儲量達到最大峰值，當孔隙半徑大于6 nm后，頁巖氣儲量不隨空隙半徑的增加而增加。

圖9 孔隙半徑對地質儲量的影響圖

4 結論和建議

1）采用筆者提出的頁巖氣儲量計算新模型得到的頁巖氣儲量計算精度較常規方法提高了20%。

2）通過計算實例得到：在孔隙半徑為2 nm時，頁巖氣地質儲量達到最大峰值；當孔隙半徑大于6 nm后，頁巖氣儲量不隨孔隙半徑的增加而增加。

3）模型的建立和修正十分必要，沒有任何兩個地方的頁巖氣儲量模型完全一樣，因此很有必要建立一個國內儲量計算的數據庫。

4）雖然經過初步估算我國頁巖氣儲量非常可觀，但是必須要經過實際的勘探開發來判斷最終的儲量。

符 號 說 明

Gst為頁巖氣總地質儲量，m3／t；Gf為自由氣存儲能力，m3／t；Ga為吸附氣存儲能力，m3／t；GsL為Langmuir存儲能力，m3／t；p為壓力，MPa；pL為Langmuir壓力，MPa；ρb為頁巖氣體積密度，g／cm3；Sw為含水飽和度，無量綱；So為含油飽和度，無量綱；Bg為頁巖氣地層體積系數，無量綱；Vv0、Vv1、Vv2分別為原始孔隙體積、第1步孔隙體積和第2步孔隙體積，m3；＾M為表觀天然氣分子量，mol；n為摩爾數；ρs為吸附相密度，g／cm3；ρf為自由氣相密度，g／cm3；G′a為Gibbs等溫存儲能力，m3／t。

［1］聶海寬，唐玄，邊瑞康.頁巖氣成藏控制因素及中國南方頁巖氣發育有利區預測［J］.石油學報，2009，30（4）：488－489.

［2］李艷麗.頁巖氣儲量計算方法探討［J］.天然氣地球科學，2009，20（3）：466－469.

New methods for shale gas reserves calculation

Shi Xiaobing1，Yang Huohai 2，Fan Xiangyu2，Huang Bing3
（1.State Key Laboratory of Oil ＆Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；2.School of Petroleum Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；3.Drilling and production technology research institute，Chuanqing Drilling Engineering Co.，Ltd.，CNPC，Guanghan，Sichuan 618300，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 4，pp.60－62，4／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

It has been analyzed that the traditional methods for shale gas reserve calculation will probably result in exaggerated estimation.In view of this，with the influence of shale pore sizes on geological reserves taken into consideration，a new model is proposed for the reserve calculation based on pore sizes according to the physical and geochemical properties of shale gas.With this new method，the calculation accuracy is increased by 20 percent compared to the traditional methods.The case study shows that when the pore radius is 2 nm，the shale reserves reach the maximum value，but when the pore radius is larger than 6 nm，the reserves will not change along with the increase of the pore radius；it is necessary to establish and revise the model of reserve estimation because no reserve models are the same in any two different areas，and thereby it is strongly recommended to build a data base for reserve estimation in China.

shale gas，reserve，estimation，conventional model，adsorption phase，correction

石曉兵等.頁巖氣儲量計算的新方法.天然氣工業，2012，32（4）：60－62.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.014

石曉兵，1967年生，教授，博士；現從事石油工程教學與科研工作。地址：（610500）四川省成都市新都區新都大道8號。電話：（028）83037007。E－mail：shixbyy＠163.com

（修改回稿日期 2012－02－10 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.014

Shi Xiaobing，professor，born in 1967，is mainly engaged in the research and teaching of petroleum engineering.

Add：No.8，Xindu Avenue，Xindu District，Chengdu，Sichuan 610500，P.R.China

Tel：＋86－28－8303 7007 E－mail：shixbyy＠163.com